1 河海大学理学院, 江苏 南京 210098
2 江南大学理学院, 江苏 无锡 214122
3 山西医科大学基础学院化学教研室, 山西 太原 030051
4 中交建机场勘测设计研究院, 广东 广州 510000
5 中交第四航务工程勘察设计院有限公司, 广东 广州 510000
近年来年份白酒市场中行业规范有所缺失, 因此年份白酒的研究具有深远意义和市场价值。 白酒中单体物质的浓度会随着白酒的年份改变, 检测白酒中单体浓度可用来鉴定白酒质量及其年份。 基于国内某品牌年份原桨白酒的三维荧光光谱, 对其中乙酸浓度进行了建模研究。 对原始光谱进行了小波分解和求导预处理。 研究发现小波分解第一层和第二层呈噪声特征, 浓度信息主要分布在第三层和第四层信号中。 不同激发波长的荧光发射光谱强度分布不同, 如何选择合适的激发波长目前还没有一个统一的方法。 根据小波分解信号引入有效信号强度概念并获得了合适的建模激发波长(200 nm); 导数光谱的细节特征比原始光谱丰富, 光谱求导可以提高光谱的分辨率。 研究了乙酸浓度与荧光光谱的相关性, 原始荧光光谱与乙酸浓度之间相关性较小, 小波分解光谱和导数光谱与浓度的相关性达0.8以上, 且呈现出更多离散化的相关性特征峰。 因此, 小波分解光谱和导数光谱中包含更多乙酸浓度信息且分布比原始光谱更广。 基于荧光光谱和模拟退火法研究了乙酸浓度偏最小二乘法(PLS)多元回归模型。 研究发现原始光谱的乙酸浓度预测集的均方根误差高达70.03 mg·L-1, 模型效果较差; 小波分解光谱和导数光谱由于光谱之间多重相关性降低且分辨率提高的特点, 模型预测效果更好, 其中二阶导数光谱的乙酸浓度预测集的均方根误差和相关系数分别为20.32 mg·L-1和0.999 8, 建模效果最好。 基于1 000次循环执行模拟退火算法建模得到的光谱信息密度曲线显示出二阶导数光谱比原始光谱包含更多的乙酸浓度信息。 以乙酸为例, 为年份白酒中物质浓度预测提供了一种简易的光学方法, 研究方法对研究多组分渐变体系浓度预测具有一定的参考价值。
荧光光谱 年份白酒 乙酸 模拟退火算法 Fluorescence spectrum Year liquor Acetic acid Simulated annealing algorithm 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2159
1 河海大学理学院, 江苏 南京 210098
2 中交建机场勘测设计研究院, 广东 广州 510000
3 中交第四航务工程勘察设计院有限公司, 广东 广州 510000
4 南京航空航天大学理学院, 江苏 南京 210016
利用人体血清240 nm激发波长荧光光谱在220～900 nm波段针对血糖浓度进行建模分析。 在模拟退火算法和偏最小二乘算法的基础上进行建模波长变量筛选方法的改进。 基于变量入选模型统计频率和无关变量消除法, 分别进行了波长的初选和精选过程。 同时, 加入了主成分数自适应特性等加快收敛速度、 减小计算量的措施。 该模型对比了线性、 三次样条函数、 高斯函数作为偏最小二乘法插入基函数的情况下, 分别对原始光谱、 Daubechies小波分解第三层和第四层细节信号光谱建模。 结果显示, 该模型避免了主成分参数尝试导致的时间成本, 在参数自适应的过程中很快趋于稳定并得到对应条件下的最佳建模主成分数。 其波长变量筛选能力使得对独立样本的分析预测效果有了显著的提升, 最佳建模预测效果达到0.25 mmol·L-1, 达到了血糖检测的医用要求。 加入了非线性建模条件使得模型有明显的改善, 基于样条函数的效果总体最好, 其次为基于高斯函数的情况。 对原始光谱进行小波分解, 得到的细节信号光谱建模效果更为可观。 总体而言第四层细节信号光谱建模效果略优于第三层细节信号光谱。 模型筛选波长变量的频率意味着在所给实验条件下的血糖浓度信息在不同波段的分布情况, 这为血糖在血清成分中的物理化学特性提供了一定程度上的统计解释。
荧光光谱 血糖 模拟退火算法 变量选择 Fluorescence spectrum Glucose Simulated annealing algorithm Variable selection 光谱学与光谱分析
2017, 37(9): 2817
1 河海大学理学院, 江苏 南京 211100
2 江南大学理学院, 江苏 无锡 214122
年份白酒现已成为企业开发重点, 但年份标准有较大的随意性, 建立年份标准已成为规范行业和市场的迫切需要。 基于某品牌原浆白酒的三维荧光光谱, 对白酒年份预测模型进行了研究。 研究内容和创新工作如下: 首先, 研究了荧光光谱与白酒年份的相关性。 研究发现: 0.5年与其他年份白酒的三维荧光光谱之间的相关系数达0.811 4; 原始光谱中年份信息主要分布在激发波长为200~230和250~320 nm、 发射波长为400~500 nm的光谱区; 导数光谱的年份信息分布区域广且离散性高。 其次, 研究了荧光光谱之间的相关性。 研究表明: 原始光谱具有严重的多重共线性, 在400~600 nm的区间内, 相关系数接近1; 求导能提高光谱分辨能力并降低多重共线性, 二阶导数具有更好的抑制多重共线性的作用, 相关系数大部分小于0.6。 最后, 基于量子遗传算法-小波神经网络研究了激发波长为300 nm的白酒年份预测模型, 并提出了光谱建模信息密度的概念。 研究发现: 原始光谱年份预测误差达5.4年, 效果最差, 其原因是原始光谱具有严重的多重共线性以及光谱与年份的相关性不显著; 导数光谱具有更高的信息密度和更好的建模效果, 二阶导数光谱预测集的相关系数达0.999 8, 年份预测误差达0.79年。 研究成果将为白酒年份标定提供一种便捷的光学手段, 同时也为多组分渐变体系的荧光光谱研究提供重要的参考。
白酒 荧光光谱 相关性 量子遗传算法 小波神经网络 年份预测 Chinese liquor Fluorescence spectra Correlation Quantum genetic algorithm Wavelet neural network Year forecast 光谱学与光谱分析
2017, 37(5): 1431
